鄂尔多斯地表内流区河湖普查分析

张春岚 张萍 高源 李晓

摘要：基于鄂尔多斯地表内流区在黄河流域的特殊情况，运用3S技术，通过河湖普查对内流区面积进行了重新量算，对内流区新旧边界线进行了对比分析，并解释了其变化原因。同时，对内流区标准以上河湖地理特征值进行了普查和技术约定。结果表明：河湖普查量算的内流区面积为46505km²，比原面积增大9.1%，分界线变化的主要原因是两次普查所采用的地形图、量算工具和判断因素不同，河湖普查的分界线更准确、更科学、更具有说服性;内流区流域面积大于50km²的河流有104条，占全黄河流域河流总数的2.5%，其中面积大于100km²的河流有73条、大于500km²的河流有17条、大于1000km²的河流有4条、大于3000km²的河流有2条;水面面积大于1.0km²的湖（淖）有43个，占全黄河流域湖泊总数的29.5%，其中41.9%的湖（淖）属盐湖、58.1%属咸水湖;在表示黄河上、中、下游流域集水面积时，内流区的面积不包括在内，而是单独列出内流区的面积;在表示黄河上、中、下游流域陆地面积或黄河左、右岸面积时，内流区面积应包括在上游区陆地面积内和包括在黄河右岸面积内;黄河干流上的水文站以及水利工程所控制的面积仍和过去一样都不包括内流区面积。

关键词：3S技术;技术约定;边界变化;河湖特征值;鄂尔多斯地表内流区

中图分类号：TV212.4;TV882.1 文献标志码：A

在黄河流域腹地有一个形如倒置葫芦的区域，因该区域位于鄂尔多斯高原，其地表水不汇入黄河水系，故被称作鄂尔多斯地表内流区（以下简称内流区）。民国时期和新中国成立初期，曾两次勾绘和测量黄河流域的面积，当时都认为内流区的河流、湖泊水体和黄河水系不连通，从而没有把内流区面积计入黄河流域面积内。20世纪70年代，黄委虽然精心勾绘了内流区边界并量算了内流区的面积（42 269km²），但是也以同样的理由，并没有把内流区划人黄河流域范围内。因此，长期以来，内流区成为黄河流域的一块“飞地”。20世纪80-90年代，由于内流区在黄河流域的特殊位置和治黄工作需要，因此将内流区的面积隐含地包含在黄河流域面积内，例如“黄河流域面积752 443km²，包括鄂尔多斯内流区则为794 712km²"“黄河流域面积79.5万km²（含内流区4.2万km²）”等[1]。

在全国第一次河湖普查期间（2013年），黃委河流湖泊普查组与国务院河流湖泊普查办公室经过调研和认真分析认为，内流区的地下水和黄河干支流存在密切的水力联系，从广义的流域集水面积概念出发，正式提出把内流区的面积划归黄河流域，从而结束了内流区是黄河流域“飞地”的尴尬局面。

本文以3S技术为支撑，对内流区边界的界定、标准以上河湖地理特征值普查和技术约定进行了分析，以期使广大学者和业内人士对该区域情况有一个清晰的认识，同时也为决策者提供理论依据。

1 研究区概况

1.1 地形地貌

内流区位于黄河河套以南，西、北、东三面为黄河干支流，南面以白于山与黄土高原为界。据传，鄂尔多斯在蒙语中的意思是“众多的宫帐（殿）”，因明代成吉思汗陵寝移至此处，故鄂尔多斯高原、鄂尔多斯内流区也以此命名。内流区海拔1100～1500m，区内相对高差20～80m，北部是库布齐沙漠，中南部是毛乌素沙地，西北部和东南部是流动沙丘，夹杂零星基岩台地和剥蚀平地，地表大部被现代风积沙覆盖，低凹处分布众多的湖（淖）和凹地草滩，生态环境极其脆弱，属荒漠草原地貌景观。内流区地表以下分布现代白垩系碎屑岩裂隙岩含水层，层内沉积了以河湖相为主体的粗、中、细砂岩，其中夹有少量的不连续的泥岩隔水层（约占1/7），成为千米厚、单一结构、具有潜水和半承压水性质的地下含水层。

1.2 气候特征

内流区地处温带大陆性干旱气候区，多年平均气温为6.0℃，最高、最低气温分别接近30、-30℃，平均风速3.6m/s，最大风速22m/s，经常发生沙风暴，是黄河风成沙的主要地区之一。区内不同地区多年平均降水量为200～300mm，水面蒸发量为1400～1800mm，多年平均径流深为5～15mm，径流系数为0.036，是黄河流域平均径流系数的1/5。少量的降雨被大量蒸发和下渗，形成的河流中途就会消失，或以星罗棋布的内陆湖盆或凹地作为归宿，分散的河湖很不发育，缺乏常流河，水量不平衡和地形地貌两大因素是内流区形成的主要原因。

2 研究方法

2.1 普查数据源

普查数据源包括：①1：50000地形图资料;②多时相（2003年12月—2009年12月）分辨率为20m的中巴资源卫星遥感影像（见图1，红线为提取的湖泊边界线）;③单一时相（最近3a）分辨率为2.5m的数字正射影像（DOM）数据。

除1：50000基础地理信息数据库中的DEM外，还有分辨率为30m的DEM数据、不同分辨率多时相的其他卫星影像数据以及各种与河湖普查有关的已有成果等。流域边界划分、数字水系提取、平原水网区河流选定、水面面积的提取等关键环节均采用多源数据进行综合比对分析;流域面积、河长等信息核对也采用多源数据进行综合分析。

2.2 内业数据源

（1）1：50000DEM数据是根据1：50000等高线数据和等高点数据，用数学模型形成的间距为25m的高程点网格数据。

（2）1：50000数字线划地图（DLG）数据指地形图的水系（见图2蓝色线）数据。

（3）多时相（2003年12月—2009年12月）分辨率为20m的中巴资源卫星遥感影像（见图1）数据。

2.3 关键基本要素的提取

2.3.1 流域边界提取

流域边界的提取主要根据25m间距的数字高程网格数据，由GIS软件来实现，可提高流域边界划分的工作效率和成果精度，克服人工勾绘流域边界的可能误差。

数字流域边界是由25m为基本单位的折线组成的封闭多边形，由图3（蓝色线、绿色线为提取的河道线）可以看出数字流域边界（粉红色线）与等高线（黑色线）的匹配程度。

图4中，粉红色线为数字流域边界，黑色线为等高线，蓝色箭头红色线表示每个25m网格中的水流方向。

2.3.2 河流提取

为方便计算流域内任意一点的集水面积，本次普查没有直接应用1：50000DLG的水系数据，而是根据25m间距的数字高程网格数据，由GIS软件提取数字河流（见图5）。为提高数字河流的精度，先把1：50000DLG的水系与数字高程网格数据进行融合，然后再用GIS软件提取数字河流，并提取数字河流任一断面的集水面积、河流比降等要素。数字河流也由折线组成，折线长度以25m为基本单位。由图6可见数字河流（绿色线）与1：50000DLG水系（蓝色线）的匹配程度较好。

图7粉红色线为数字流域边界，绿色线为数字河流，粉红色虚线为数字河流第一个断面的流域集水边界（面积为0.2609km²），右侧黑色虚线为数字河流第一个断面下游25m断面新增的流域集水边界（面积为0.0028km²），左侧黑色虚线为数字河流第一个断面上游25m断面新增的流域集水边界（面积为0.0712km²，上游25m断面的集水面积为0.1897km²，未达到数字河流形成的集水面積阈值）。由此可见，数字河流与1：50000DLG水系的最大不同在于数字河流的每个断面均有确切的集水边界。

2.4 湖泊水面面积提取

湖泊水面面积的提取主要依据分辨率为20m的遥感影像数据和1：50000的DOM和DLG湖泊边界数据，由RS和GIS软件来实现。首先，直接对多时相遥感影像进行湖泊水面边界提取，并据此计算湖泊水面面积;然后，根据湖泊水面面积边界线，确定普查选用的湖泊水面面积，再利用1：50000的DOM数据对相应时相的遥感影像进行精校正;最后，再次提取湖泊的水面边界并据此计算普查的湖泊水面面积。

湖泊水面边界是由折线组成的封闭多边形，以20m为基本单位，由图8可见湖泊水面边界（红色线）与影像的匹配较好。

3 结果与分析

3.1 内流区边界线变化及其原因分析

3.1.1 内流区新旧边界线对比分析

河湖普查量算的内流区面积为46505km²，比原面积（42269km²）增加了4236km²（即增加9.1%）。内流区河湖普查的分界线和原分界线套绘图见图9，可以看出分界线变化较大的地方有4处。其中：内流区北部十大孔兑以西的边界，面积增加约1600km²;西南部面积增加约2800km²;东南部与无定河流域边界面积有增有减，以减为主，总体上减少约600km²;西部与都思兔河流域边界面积有增有减，以增为主，总体上增加约400km²，其他部位边界变幅较小。

3.1.2 内流区边界线变化原因分析

内流区大部被现代风沙覆盖，周边沙丘流动，地表起伏平缓，虽有众多湖（淖）凹地草滩，但相对高差变化不大，因此边界划分难度较大。

20世纪70年代划分内流区边界线的原则是：在1：50000地形图上沿内流区与黄河相邻的每一条支沟溯源观察，当遇到闭流凹地时，分析凹地水面与凹地周围最低部位的高差，若凹地的水面抬高10m（即一个等高距）也不能从凹地边沿最低溢出的地方，则把其作为与内流区交界上的一个控制点，待各条支沟上游分水线的控制点都确定后，参照等高线的变化趋势，把控制点连接起来，即作为内流区的分界线。对于经调查在特大洪水曾破淖流进黄河支沟或黄河支沟上游人工开挖的排水渠所能影响的范围，均划人黄河水系。

河湖普查时依据等高线数据（DEM）进行内业提取，从控制点等高线的变化及趋势、湖（淖）水质属性以及历史洪痕等因素进行综合判断。由于两者采用的地形图、量算工具和判断因素不同，因此出现边界线不一致的情况，河湖普查确定的边界线更准确、更科学、更具有说服性。

3.2 内流区边界线变化对相邻黄河支流的影响分析

内流区边界的变化势必会影响到相邻黄河支流的面积和河长的改变。影响较大的河流有西部的都思兔河、东部的秃尾河和无定河支流榆溪河、海流兔河、纳林河、小河，见表1[2]。

从表1可知：原来数据和普查数据相比，都思兔河的流域面积和河长分别减小4.5%、3.6%，秃尾河的流域面积和河长分别增大5.2%、0.7%，海流兔河流域面积和河长分别减小18.1%、28.9%，榆溪河流域面积和河长分别减小2.8%、34.8%。

3.3 内流区河湖特征值统计

采用3S技术全面普查了内流区流域面积在50km²及以上的河流名称、位置、面积、河长、比降、河源、河口坐标、流域降雨量以及径流深等，普查了水面面积在1km²及以上的湖泊名称、位置、水面面积和水质等。

3.3.1 河流特征值统计

经普查统计发现，内流区流域面积大于50km²的河流有104条，占全黄河流域河流总数的2.5%，其中面积大于100km²的河流有73条，大于500km²的河流有17条，大于1000km²的河流有4条，大于3000km²·的河流有2条。按河长统计，河长大于7km的河流有104条，大于20km的河流有77条，大于50km的河流有12条，大于100km的河流有2条。

流域面积大于1000km²的河流分别是：摩林河，流域面积和河长分别为6970km²、187km（原流域面积和河长分别为5222km²、174km）;陶来沟，流域面积和河长分别为3116km²、87km;摩林河支流察哈尔沟，流域面积和河长分别为1905km²、100km;黑炭淖尔沟，流域面积和河长分别为1019km²、72km。

内流区共有12条河流是跨省界河，其中跨内蒙古、陕西界有4条，跨宁夏、陕西界有5条，跨内蒙古、宁夏界有3条。其他在内蒙古境内67条，宁夏境内17条，陕西境内8条。

3.3.2 湖泊特征值统计

经普查统计，内流区内水面面积大于1.0km²的湖（淖）有43个（湖泊面积以2003-2009年多时相遥感影像数据识别的所有湖泊水面面积序列的中值为准），占全黄河流域湖泊总数的29.5%，其中41.9%的湖（淖）属盐湖，58.1%属咸水湖。

水面面积大于5km²的湖（淖）有4个，分别为：红碱淖，水面面积41.4km²，属咸水湖，位于陕西省神木县和内蒙古自治区伊金霍洛旗交界处;胡同察汗淖尔，水面面积20.0km²，属咸水湖，位于乌审旗境内;察汗淖，水面面积8.1km²，属盐湖，位于杭锦旗境内;乌兰淖尔，水面面积5.6km²，属咸水湖，位于伊金霍洛旗境内。

2012年4月，陕西省河流湖泊普查组专门组织人员对红碱淖湖区进行外业测量，量算结果表明红碱淖水域面积为33.2km²，其中陜西省境内27.3km²，内蒙古自治区境内5.9km²，湖泊容积1.071亿m³，平均水深2.75m，最大水深5.1m。

河湖普查内流区多年平均降水量为263mm，占全流域平均降水量的60%;径流深为9.6mm，占全流域径流深的12.8%。

3.4 内流区特征值的技术约定

按照辞典上的解释，内流区是“地表径流不与海洋相通的地区”，由于黄河内流区的地表河湖水体不和黄河水系连通，也即没有与海洋相通，因此河湖普查时将该区作为一个特殊的区域对待，并对其特征值作某些技术约定。

全国河湖普查实施方案中规定，把流入海洋、汇入内陆湖和消亡于戈壁沙漠的河流定义为0级河流（亦是干流），流入0级河流的称1级河流，流入1级河流的称2级河流，以此类推。这样，黄河干流就是。级河流，诸如渭河、洛河等是黄河的1级支流。但是，河湖普查在处理内流区的河湖编码时，将内流区作为黄河虚拟的一级支流对待，内流区内直接注入湖（淖）或消失在沙漠中的独立河流虚拟为黄河的2级河流（46条），而流入2级河流的称为3级河流（43条），以此类推，流入3级河流的称为4级河流（14条），流入4级河流的称为5级河流（1条）。

类似这样虚拟分级的河流还有宁夏河西综合区（面积9216km²）、宁夏河东南部灌区综合区（面积6804km²）等，都是虚拟的黄河1级支流。这些综合区的特点是：河流渠道纵横交错，流域边界不易分辨，综合区内的退水渠道和地下水排泄（指排入黄河的水）很分散。

在表述黄河流域集水面积时约定：黄河流域集水面积为813122km²（含内流区46505km²）（第一次全国河湖普查数据）。这样，将内流区的面积包括在黄河流域的集水面积中，同时突显了内流区作为特殊的区域对待，在称呼上又继承了过去曾经习惯的表达形式。在表示黄河上、中、下游流域集水面积时，内流区的面积不包括在内，而是单独列出内流区的面积。在表示黄河上、中、下游流域陆地面积或黄河左、右岸面积时，内流区面积应包括在上游区陆地面积内和黄河右岸面积内。

内流区地下水是从西、北、东3个方向分散注入黄河干支流的，而目前还没有很先进的技术手段监测地下水汇流的时空分布情况，考虑到内流区地下水汇入黄河的水量比较少，故约定黄河干流上的水文站以及水利工程所控制的面积仍和过去一样都不包括内流区面积。

4 结论

河湖普查量算的内流区面积为46505km²，比原面积增大9.1%，分界线变化较大的地方有4处，分别位于内流区北部十大孔兑以西、内流区西南部，内流区东南部与无定河流域、内流区西部与都思兔河流域处。分界线变化的主要原因是两次普查所采用的地形图、量算工具和判断因素不同，河湖普查的分界线更准确、更科学、更具有说服性。

内流区边界的变化同时对黄河支流产生较大影响。诸如西部的都思兔河、东部的秃尾河和无定河支流榆溪河、海流兔河、纳林河、小河等。

经普查统计发现，内流区流域面积大于50km²的河流有104条，占全黄河流域河流总数的2.5%，其中：面积大于100km²的河流有73条，大于500km²的河流有17条，大于1 000km²的河流有4条，大于3 000km²·的河流有2条。水面面积大于1.0km²的湖（淖）有43个，占全黄河流域湖泊总数的29.5%，其中41.9%的湖（淖）属盐湖、58.1%属咸水湖。

河湖普查时将内流区河流等级和黄河流域集水面积表述等作了某些技术约定。在表示黄河上、中、下游流域集水面积时，内流区的面积不包括在内，而是单独列出内流区的面积。在表示黄河上、中、下游流域陆地面积或黄河左、右岸面积时，内流区面积应包括在上游区陆地面积内和黄河右岸面积内。同时，黄河干流上的水文站以及水利工程所控制的面积仍和过去一样都不包括内流区面积。

参考文献：

[1]黄河水利委员会.黄河流域特征值资料[R].郑州：黄河水利委员会，1977：5-6.

[2]黄河水利委员会水文局.黄河流域河湖普查成果表[R].郑州：黄河水利委员会水文局，2012：22-36.